1895年，倫琴在一次實驗中偶然發(fā)現(xiàn)了X射線，發(fā)現(xiàn)X射線可以穿透人體的骨骼并清晰地在膠片上成像。隨后由倫琴等科學家發(fā)明了第一個充氣式的X射線管，這種射線管的主要原理是在兩極連接高壓，在高壓下管內(nèi)的氣體分子電離產(chǎn)生陽離子，在電場的作用下陽離子不斷轟擊陰極，之后電子從陰極逸出在電場作用加速轟擊靶材產(chǎn)生X光。這種簡陋的充氣式X射線管存在很多問題，能耗過高、功率小、難以控制很快就被淘汰了。

  1912~1913年，美國科學家威廉考林杰和他的團隊發(fā)明了真空X射線管。其電子源材料采用的是鎢絲，通過加熱鎢絲來調(diào)節(jié)電流的大小來調(diào)控X射線的曝光劑量，大大提高了成像的清晰度和效率。

  隨著科學技術的發(fā)展，熱陰極X射線管也在不斷的發(fā)展。常規(guī)封裝的熱陰極X射線管內(nèi)的真空度可以達到10-6Pa，大大提高了熱陰極在真空環(huán)境工作時的壽命。隨著人們生產(chǎn)生活的需求，對大功率X射線管的需求也越來越大。在大功率下，固定陽極靶的熱陰極X射線管的靶材散熱問題已經(jīng)暴露出來。由于焦點太小，電壓過高，電子束轟擊陽極靶材上時不能及時散熱，導致表面產(chǎn)生高溫使得靶材表面被轟擊損壞。由于陽極靶材表面的損壞，導致X光出射方向改邊成像能力變差。

  直到1938年，一種采用新型的旋轉(zhuǎn)陽極靶材的X射線管的誕生。陽極靶材可以旋轉(zhuǎn)，所有經(jīng)過聚焦的電子束均勻地轟擊在靶材面上，大大提高了靶材的散熱能力。提高了X射線管的工作壽命，關鍵還提長了成像的質(zhì)量與清晰度。旋轉(zhuǎn)陽極靶材的射線管相比于固定陽極靶材的射線管可以承受更小的電子束焦點的轟擊，所以有利于焦點的減小，提高X射線管的分辨率。但是旋轉(zhuǎn)陽極靶材的X射線管相比于固定陽極靶材的射線管的成本更高，一般用于大功率的高分辨率醫(yī)療設備中。

  熱陰極X射線管發(fā)展從固定陽極靶材到旋轉(zhuǎn)陽極靶材，但其電子源材料一直沒有革新依然采用鎢絲。熱陰極顧名思義，就是使鎢絲在高溫下發(fā)射電子。由于在高溫環(huán)境下鎢絲是熱電子發(fā)射，發(fā)射的電子是無序的，高能量的電子容易打到X射線管的封裝外殼，長時間也會使X射線管外殼慢慢變薄導致真空度變差，進一步損壞X射線管。由于2000℃的高溫下鎢絲不斷的蒸發(fā)變細，電陰也變得越來越大，熱損耗也越來越高，加劇了熱陰極鎢絲的損壞。發(fā)射的熱電子與真空環(huán)境下殘余的空氣分子撞擊發(fā)生電離，被電離的陽離子不斷轟擊熱陰極，更進一步的損耗鎢絲。鎢絲的不斷損耗導致其發(fā)射電流不穩(wěn)定，X射線管也達不到原來的成像分辨率，因此也就被淘汰了。熱陰極采用螺線管狀的長條鎢絲，是為了增加發(fā)射電流。受到熱陰極材料限制，很難將熱陰極X射線管小型化。無序熱電子對于熱陰極X射線管的聚焦也增加了困難。那么可以總結(jié)出熱陰極X射線管存在以下問題，小型化困難、能耗太大、響應慢、壽命短等等。

  1950年開始，科學家們就考慮采用場發(fā)射的方式發(fā)射電子，通過調(diào)節(jié)電場大小來瞬間產(chǎn)生電子來提高響應速度。在碳材料中，碳納米管以優(yōu)異的場發(fā)射性能是非常適合作為陰極材料應用在X射線管真空器件中。所以采用碳納米管作為冷陰極的X射線管將會有很大的潛力代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱陰極X射線管朝著更加智能的方向發(fā)展，推動X射線技術發(fā)展的革新。

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